青島儲(chǔ)能院在低成本高比能鎂/硫電池領(lǐng)域取得階段性進(jìn)展

隨著科技的日益進(jìn)步，人們對(duì)于電池的能量密度和安全性能提出了越來(lái)越高的要求，科研人員們正致力于開(kāi)發(fā)更具商業(yè)化潛力的下一代電池技術(shù)。在諸多新型電池體系中，鎂二次電池得到越來(lái)越多研究人員的關(guān)注。因?yàn)殒V金屬負(fù)極具有不生長(zhǎng)枝晶、高體積比容量、豐富的地球儲(chǔ)量和低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以其在低成本高性能電池領(lǐng)域擁有巨大的商業(yè)化潛力。然而，鎂二次電池的發(fā)展一直受限于電解液和正極材料的缺乏。廉價(jià)易得的硫作為一種被廣泛研究的轉(zhuǎn)換型電池正極材料，為鎂二次電池正極材料的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了希望。利用鎂金屬作為負(fù)極、硫作為正極的鎂/硫電池體系理論能量密度高達(dá)1722 Wh/kg，是目前商業(yè)化鈷酸鋰/石墨電池體系的四倍，是極具開(kāi)發(fā)潛力的高比能量低成本的儲(chǔ)能電池體系。

　　近日，依托青島能源所建設(shè)的青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“青島儲(chǔ)能院”），在前期關(guān)于鎂二次電池工作的基礎(chǔ)上（Adv. Energy Mater., 2017, 1602055；Small 2017, 1702277；Electrochem.Commun., 2017, 83, 72；J. Mater. Chem.A, 2016, 4, 2277；Adv. Funct. Mater.,2017, 1701718），通過(guò)一步原位合成的方式，得到了一款新型有機(jī)硼酸鎂基電解液，有效地提升了鎂/硫電池的循環(huán)性能和倍率性能，有望將低成本高能量密度的鎂/硫電池體系推向?qū)嵱没嚓P(guān)研究結(jié)果已發(fā)表在Energy&Environment Science雜志上（EnergyEnviron. Sci., 2017, 10, 2616-2625）。

　　該研究工作利用硼酸三（六氟異丙基）酯（THFPB）、氯化鎂（MgCl2）和鎂粉作為原料，在乙二醇二甲醚（DME）溶劑中，通過(guò)一步原位反應(yīng)得到以[B(HFP)4]-為陰離子，[Mg4Cl6(DME)6]2+為陽(yáng)離子的有機(jī)硼酸鎂基電解液。該電解液體系表現(xiàn)出優(yōu)異的鎂離子傳導(dǎo)性能：電化學(xué)窗口高達(dá)3.3 V（vs. Mg），離子電導(dǎo)率高達(dá)5.58 mS/cm，電沉積過(guò)電位僅0.11V，沉積溶解鎂的庫(kù)倫效率超過(guò)98%，另外，該電解液具有優(yōu)異的非親核特性，能很好地兼容硫正極。利用該電解液組裝的鎂/硫電池，在經(jīng)歷100次充放電循環(huán)后仍有1000 mAh/g的放電比容量，在500 mA/g的大電流充放電條件下，仍能夠正常工作，這是目前報(bào)道的鎂硫電池研究中最優(yōu)異的性能數(shù)據(jù)。

　　簡(jiǎn)單的合成方法和優(yōu)異的鎂硫電池性能，是該有機(jī)硼酸鎂基電解液的最大優(yōu)勢(shì)，這一研究成果將有望加快鎂/硫電池體系的實(shí)用化進(jìn)程。上述研究工作得到了國(guó)家杰出青年基金、青島市儲(chǔ)能基金和青能所“135”項(xiàng)目的大力支持。